Введение к работе
кандидатских диссертаций О.Г. Локтионова
Актуальность темы. Дальнейшее расширение производства изделий из титана возможно при условии решения ряда вопросов и проблем, связанных с высокой стоимостью титана, низким коэффициентом использования материала, сложностью обработки, а также со значительным накоплением отходов. В связи с этим все более настоятельной является необходимость разработки новых технологий и методов, позволяющих получать изделия по безотходному способу с размерами, близкими к чистовым размерам деталей.
Развитие порошковой металлургии титана к настоящему моменту создало все предпосылки для решения перечисленных вопросов. Дальнейшее развитие способов получения порошков титана и его сплавов может быть связано, в первую очередь, с применением физических процессов диспергирования стружковых отходов механической обработки, обрезков, кусков и с использованием отходов электроимпульсной размерной обработки титановых сплавов. Разработка таких способов позволит получить порошки различного фракционного состава, для последующего изготовления деталей.
Перспективным направлением является разработка технологий практического применения порошков титана и его сплавов тонких фракций. Использование порошков тонких фракций позволит, при холодном способе формования, получать изделия с высокой плотностью, а также получать сплавы заданного химического состава с высокими механическими свойствами и низкой себестоимостью.
Высокие и однородные механические свойства спеченных изделий из порошков тонких фракций титановых сплавов обеспечиваются их структурой, получаемой в результате высоких скоростей охлаждения и кристаллизации из парообразного и жидкого состояния, возможностью последующей упрочняющей термической обработки и горячей обработки давлением.
Данная работа посвящена исследованию особенностей получения порошков титана и его сплавов методом электроэрозионного диспергирования, изучению структуры и свойств полученных порошков и разработке технологий их практического применения.
Общеизвестно положительное влияние комбинированной обработки сочетающей нанесение покрытий с последующей финишной обработкой в частности выглаживанием, приводящее к повышению качества поверхностных слоев и изменению в положительную сторону их физико-механических свойств.
Настоящая работа выполнялась в рамках проекта по реализации «Региональных научно- технических программ центрально- черноземного региона России».
Целью работы являлось исследование процесса получения порошков титана и его сплавов методом электроэрозионного диспергирования и обоснование возможности практического использования полученных порошков в технологиях компактирования и спекания с последующей комбинированной обработкой.
В соответствии с поставленной целью решались следующие научные задачи:
1. Проанализировать, обобщить и систематизировать литературные данные по состоянию проблемы поставленной в работе.
2. Исследовать процесс электроэрозионного диспергирования порошков титана и его сплавов для определения оптимальных параметров диспергирования и установления связи между режимом диспергирования и гранулометрическим составом.
3. Исследовать влияние гранулометрического состава и давления прессования на плотность и структуру спеченных титановых сплавов; изучить фазовые превращения.
4. Разработать, обосновать и провести комплексное металлофизическое исследование спеченного титанового сплава ОТ4 из порошков-отходов, получаемых при электроэрозионном диспергировании промышленного деформируемого сплава-аналога до и после комбинированной обработки, включающей нанесение электроискрового покрытия из самофлюсующегося сплава ПГ -12 Н-03 с последующим его выглаживанием минералокерамикой.
5. На основании проведенных исследований покрытий до и после выглаживания и в целом композита выявить главные структурные факторы, их взаимосвязь с физико-механическими свойствами, определяющими уровень эксплуатационных свойств и качество поверхности изучаемых покрытий.
6. Исследовать кинетику эрозии процесса электроискрового легирования, изучить структуру и состав ее продуктов.
7. Изучить влияние комбинированной обработки (минералокерамического выглаживания) на качество поверхности, уровень остаточных напряжений, структуру и субструктуру, а также на эксплуатационные свойства.
Объектами исследования являлись композиты с подложкой из спеченного титанового сплава типа ОТ 4 с покрытием, полученным методом локального электроискрового нанесения из сплава ПГ-12Н-03, подвергнутого выглаживанию минералокерамикой ВОК70.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертации использовался комплекс современных методов металлофизического исследования: оптическая и электронная микроскопия, рентгеноструктурный и микрорентгеноспектральный анализы. Микротвердость покрытий определялась микротвердомером ПМТ-3.
Научная новизна работы:
- экспериментально и теоретически развиты фундаментальные представлений о формировании и строении спеченных титановых сплавов из порошков-отходов композиции Ti-Al-Mn, полученных электроэрозионным диспергированием (ЭЭД), а также электроискровых покрытий, полученных методом локального электроискрового нанесения (ЛЭН) до и после выглаживания;
- разработаны основные принципы управления структурными факторами изучаемого композита: подложки, покрытия, до и после выглаживания;
- научно обосновано получение порошков из отходов титановых сплавов системы Ti-Al-Mn, с использованием электроэрозионной обработки;
- исследована структура и состава частиц порошков, полученных при электрической эрозии сплава ОТ4, в зависимости от энергетических параметров процесса диспергирования, позволившим определить оптимальные режимы компактирования и спекания порошкового сплава ОТ4;
-впервые исследован процесс ЛЭНП самофлюсующимся сплавом ПГ-12Н-03 на спеченный сплав ОТ4, полученный электроэрозионной обработкой из промышленного деформированного сплава ОТ4, в результате выявлен главный структурный фактор – аморфная фаза, обеспечивающая повышение износостойкости;
- разработана технология комбинированной обработки порошкового титанового сплава, заключающейся в нанесении ЛЭНП с последующей его обработкой выглаживанием инструментом из минералокерамики, для получения структуры поверхностных слоев композита, имеющих повышенные эксплуатационные свойства.
Достоверность научных положений. Достоверность результатов исследований основных положений диссертационной работы определяется согласованностью полученных результатов с общепринятыми представлениями в данной области науки и отсутствием противоречий с результатами работ других авторов. Достоверность результатов основывается на комплексном использовании взаимодополняющих друг друга высокочувствительных металлофизических методах исследования, применения их в соответствии с действующими государственными стандартами и с учетом особенностей исследуемых объектов.
Практическая значимость. Разработана технология компактирования и спекания порошков сплава ОТ4, полученного методом электроэрозионного диспергирования с последующей комбинированной обработкой, обеспечивающая высокие эксплуатационные характеристики компактов.
Выработаны практические рекомендации, показаны пути повышения качества и эксплуатационных свойств спеченных титановых сплавов комбинированной обработкой, которые заключаются состояла в нанесении электроискровых покрытий из самофлюсующихся сплавов системы Ni-Cr-B-Si-C методом ЛЭН с последующим выглаживанием минералокерамикой. Результаты работы внедряются на предприятиях г. Курска и в учебный процесс подготовки студентов по кафедре «Автомобили и автомобильное хозяйство» КурскГТУ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации были доложены и обсуждены: на VIII Российской НТК «Материалы и упрочняющие технологии 2000» (Курск 2000 г.), XV Российской НТК с международным участием «Материалы и упрочняющие технологии 2008» (Курск, 27-28 мая2008 г.); V Всероссийской НПК «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении» (Пенза, октябрь 2008 г.); XVI Российской НТК с международным участием «Материалы и упрочняющие технологии 2009» (Курск, 21-23 апреля 2009 г.); на научно- техническом совместном семинаре кафедр «Автомобили и автомобильное хозяйство» и «Оборудование и технология сварочного производства» Курского государственного технического университета 2008- 2009 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать печатных работ, из них самостоятельно одна, остальные в соавторстве. В том числе пять в журналах рекомендуемых ВАК Российской Федерации.
Структура и объем работы. Работа изложена на 150 страницах (с приложениями), содержит 15 таблиц, 24 рисунка и состоит из введения, четырех глав, основных выводов и приложений, списка литературы из 251 источника.
Личный вклад автора. Диссертантом выполнен весь объем экспериментальных исследований, проведены необходимые расчеты, обработка результатов и их анализ, сформулированы общие положения, выносимы на защиту, выводы и рекомендации.
